本发明涉及无线通信
技术领域：
：，尤其涉及一种车载通信资源分配方法及装置。
背景技术：
：：车载通信作为一个能改善交通安全和提高交通效率的技术，在最近已经得到了大量的关注。蜂窝网络由于具有高覆盖，可靠性和可扩展性的优点被认为是车载网络的一个有潜力的解决方案。车辆通信中被认为主要包含有两种通信链路，分别是车与基础设施(vehicle-to-infrasructure,v2i)通信和车与车(vehicle-to-vehicle,v2v)通信。其中，v2i链路通常使用蜂窝网络来提供以满足车辆用户娱乐信息需求的高带宽，而v2v链路则是使用设备间(device-to-device,d2d)通信的方式来提供高可靠性的安全信息交换。d2d通信即是两个临近的设备不通过基站直接通信，在车载网络中，由于稀缺的频谱的限制，通常d2d通信链路会复用蜂窝链路频谱来提高频谱利用率，但是复用同一频谱也会给用户带来强烈的干扰。为了减小同频干扰和提高系统性能，通常需要对资源进行合理分配，但现有技术中目前所考虑的仅是最大化v2i链路的容量，而并未将拥有多个v2v对的车载网络的速率公平性因素考虑在内，从而车载通信时的同频干扰仍旧较大，系统性能未充分发挥。技术实现要素：本发明实施例的主要目的在于提供一种车载通信资源分配方法及装置，至少能够解决相关技术中车载通信时的同频干扰较大，系统性能不佳的问题。为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种车载通信资源分配方法，应用于包括基站、m个使用v2i链路的车辆用户cue以及k个使用v2v链路的车辆用户对dues的通信系统，该方法包括：将所述k个dues在所述m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果；其中，每个所述集群对应一个所述cue，m、k取正整数值，且k＞m；基于所述dues分配结果构建优化问题；所述优化问题表示如下：其中，所述p1为优化目标，所述c1、c2、c3和c4均为约束条件，表示第m个所述cue到所述基站的发射功率，hm,b表示所述cue与所述基站之间的传输信道，σ2表示所述cue的复高斯白噪声功率。表示第k个所述dues中发射机的发射功率，hk,b表示第k个所述dues中发射机与基站之间的干扰信道，分别表示所述cue以及所述dues中发射机的最大发射功率，表示所述cue的最小传输速率，{p(k)}表示改进可行解序列，fm表示所述联盟中的第m个集群，τ表示虚拟变量，并且，p＝[τ；p]t，ai＝[11×(i-1),0,11×(k+m-i)]t，ei＝[01×(i-1),1,01×(k+m-i)]t；对所述优化问题进行迭代求解，得到所有可能的m*m个cue-dues对的资源分配结果集合；其中，每对cue-dues中的dues复用对应cue的信道；对所述资源分配结果集合进行匹配处理，得到最优的m个cue-dues对的资源分配结果。为实现上述目的，本发明实施例第二方面提供了一种车载通信资源分配装置，应用于包括基站、m个使用v2i链路的车辆用户cue以及k个使用v2v链路的车辆用户对dues的通信系统，该装置包括：分配模块，用于将所述k个dues在所述m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果；其中，每个所述集群对应一个所述cue，m、k取正整数值，且k＞m；构建模块，用于基于所述dues分配结果构建优化问题；所述优化问题表示如下：其中，所述p1为优化目标，所述c1、c2、c3和c4均为约束条件，表示第m个所述cue到所述基站的发射功率，hm,b表示所述cue与所述基站之间的传输信道，σ2表示所述cue的复高斯白噪声功率。表示第k个所述dues中发射机的发射功率，hk,b表示第k个所述dues中发射机与基站之间的干扰信道，分别表示所述cue以及所述dues中发射机的最大发射功率，表示所述cue的最小传输速率，{p(k)}表示改进可行解序列，fm表示所述联盟中的第m个集群，τ表示虚拟变量，并且，p＝[τ；p]t，ai＝[11×(i-1),0,11×(k+m-i)]t，ei＝[01×(i-1),1,01×(k+m-i)]t；求解模块，用于对所述优化问题进行迭代求解，得到所有可能的m*m个cue-dues对的资源分配结果集合；其中，每对cue-dues中的dues复用对应cue的信道；匹配模块，用于对所述资源分配结果集合进行匹配处理，得到最优的m个cue-dues对的资源分配结果。根据本发明实施例提供的车载通信资源分配方法及装置，首先将k个dues在m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果；然后基于dues分配结果构建优化问题；再对优化问题进行迭代求解，得到所有可能的m*m个cue-dues对的资源分配结果集合；最后对资源分配结果集合进行匹配处理，得到最优的m个cue-dues对的资源分配结果。通过本发明的实施，在完成v2v对聚类之后，再对基于聚类结果所构建的优化问题进行求解，得到最大化最小v2v对频谱效率时的最优功率分配，可有效降低车载通信时的同频干扰，并能达到较好的系统性能。本发明其他特征和相应的效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明第一实施例提供的通信系统的模型示意图；图2为本发明第一实施例提供的车载通信资源分配方法的基本流程示意图；图3为本发明第一实施例提供的聚类方法的基本示意图；图4为本发明第二实施例提供的车载通信资源分配装置的结构示意图；图5为本发明第二实施例提供的分配模块的结构示意图；图6为本发明第二实施例提供的构建模块的结构示意图；图7为本发明第三实施例提供的电子装置的结构示意图。具体实施方式为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。第一实施例：本实施例应用于包括基站、m个使用v2i链路的车辆用户cue以及k个使用v2v链路的车辆用户对dues(也即due对)的通信系统，如图1所示为本实施例提供的通信系统的模型示意图，interferencelink为干扰链路，在高速公路场景下，一个基站，m个使用v2i链路的车辆用户cue(cellularuser，cue)以及k个使用v2v链路的车辆用户对dues(d2dusers，dues)均匀分布在道路中，其中，m、k取正整数值，且k＞m，为了提升仿真效果，k的取值可以设置为远大于m，一般将k设为m的2至5倍，另外，cue的集合定义为dues的集合定义为在本实施例中，假设所有dues复用cue的信道进行通信，并且基站能完美获取所有链路的信道状态信息。假设系统带宽为1，则cue的传输速率为：其中表示第m个cue到基站的发射功率，hm,b表示两者之间的传输信道，σ2表示cue的复高斯白噪声功率，表示第k个due对发射机的发射功率，hk,b表示due对发射机与基站之间的干扰信道，xm,k为一个二进制参数，当第k个dues复用第m个cue的信道进行通信时，xm,k＝1，而在第k个dues复用其它cue的信道进行通信时，xm,k＝0。另外，dues的传输速率表示为：其中，hk表示第k个due对中发射机和接收机之间的传输信道，hm,k表示第m个cue到第k对due接收机的传输信道，hk′,k表示第k′个due对发射机到第k对due接收机的传输信道，yk,k′为一个二进制参数，当且仅当第k′个due对和第k个due对复用同一个信道时，yk,k′＝1。随着车速增加，车辆之间间隔也会随之增加，进而due对之间的信道衰落更大，传输速率也会相应减小。衰落信道包含一个小规模和一个大规模衰落，可以表示为：hm,b＝gm,bαm,b其中，gm,b表示不同cue到基站之间的小规模衰落，可以归结为独立同分布的零均值单位方差的复高斯随机变量。αm,b表示独立于gm,b的大规模衰落，它可以表示为：其中，βm,b是表示阴影衰落的对数正态随机变量。a是路径衰落常数。lm,b是第m个cue和基站之间的距离，γ是一个路径衰落指数。在本实施例中，考虑基于d2d通信的车载通信网络中在最大化最小due传输速率时的最优功率分配，同时系统应满足最小cue容量限制和每个车辆的最大发射功率限定，从而可以将优化问题描述为：其中，分别表示cue以及dues中发射机的最大发射功率，表示cue的最小传输速率。由于上述优化问题为一个混合整数非线性问题，并不能直接求解，从而，为了解决相关技术中车载通信时的同频干扰较大，系统性能不佳的技术问题，本实施例提出了一种车载通信资源分配方法，如图2所示为本实施例提供的车载通信资源分配方法的基本流程示意图，本实施例提出的车载通信资源分配方法包括以下的步骤：步骤201、将k个dues在m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果；其中，每个集群对应一个cue。具体的，对于本实施例所提出的低复杂度的资源分配方案，首先将dues分区问题映射为一个联盟博弈，目标是基于due之间的相互干扰将全部的k个dues分配到m个不相交的集群中。在本实施例中，定义联盟并且，对所有的x≠x′，均有且其中m是联盟中全部集群的数量。考虑联盟第m个cue的传输速率可以表示为。此外，第k个的传输速率可以表示为：为了最小化集群内的相互干扰，可选的，本实施例提供了一种聚类方法，如图3所示为本实施例所提供的聚类方法的流程示意图，在本实施例中，将k个dues在m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果具体包括以下步骤：步骤301、从k个dues中随机选择一个dues，并获取所选择的dues所处的集群fc；其中，联盟中包括m个集群；步骤302、随机选择另一个集群fc’，并判断所选择的dues是否违背预设的偏好规则；其中，偏好规则用于指示所选择的dues偏好于本身所处的集群fc；步骤303、在所选择的dues违背预设的偏好规则时，将所选择的dues从集群fc交换至集群fc’，并对联盟进行更新；步骤304、判断是否满足预设的算法迭代终止条件，若是，则执行步骤305，若否，则返回至步骤301进行迭代操作；步骤305、输出最终的dues分配结果。具体的，在本实施例中所提出的基于联盟博弈的聚类算法中，首先对联盟进行初始化，得到初始化联盟：并将初始化后的联盟作为当前联盟fini→fcur；然后随机选择一个due对记作其处于的集群为并随机选择另一个集群之后判断当前所选的dues是否未被本实施例所定义的偏好规则，该偏好规则表征对于任何due对i更愿意作为集群的成员而不是集群的成员，可以表示为其中，在违背偏好规则时，due对i离开现在集群加入新的集群并更新联盟，而在符合偏好规则时，则将due对仍保留在当前所处的集群然后继续随机选择due对进行算法迭代操作，在满足算法迭代终止条件时，将最终所得的due对在联盟中的集群分配结果进行输出。可选的，偏好规则为：所选择的dues在集群fc中所得的联盟总收益大于在集群fc中所得的联盟总收益；其中，联盟总收益表示为：所选择的dues在联盟博弈中的个体收益表示为：式中，i表示所选择的dues，hi',i表示第i’个dues的发射机到第i个dues的接收机的传输信道。从而，在本实施例中，可以将偏好规则定义为due对i在中得到的系统总收益大于可以表示为：可选的，算法迭代终止条件为：所选择的dues满足偏好规则的累积次数达到k的预设倍数。具体的，在本实施例中，为了得到一个更好的结果，本实施例中记录算法中累积所选择的dues连续满足偏好规则的总次数为num，应当说明的是，累积所选择的dues满足偏好规则的总次数也即个体交换操作连续不成功的总次数，从而将算法停止迭代的条件设置为达到dues数量的预设倍数，在实际应用中，优选的可以将这里的倍数设置为10。应当理解的是，如果dues执行交换操作到其他的集群，系统的总收益必定会严格增加，且分区结果也会改变；另外，所有可能的分区结果是有限的。因此，在进行有限次的迭代后，算法将会达到nash稳定状态，分区收敛到最终的nash-stable分区步骤202、基于dues分配结果构建优化问题。具体的，本实施例的优化问题表示如下：其中，p1为优化目标，c1、c2、c3和c4均为约束条件，表示第m个cue到基站的发射功率，hm,b表示cue与基站之间的传输信道，σ2表示cue的复高斯白噪声功率。表示第k个dues中发射机的发射功率，hk,b表示第k个dues中发射机与基站之间的干扰信道，分别表示cue以及dues中发射机的最大发射功率，表示cue的最小传输速率，{p(k)}表示改进可行解序列，fm表示联盟中的第m个集群，τ表示虚拟变量，并且，p＝[τ；p]t，ai＝[11×(i-1),0,11×(k+m-i)]t，ei＝[01×(i-1),1,01×(k+m-i)]t。在得到dues分区结果之后，由于不同的集群内使用正交的信道，本实施例需要确定每个可能的cue-due对集群的最优功率分配方案，由此，可选的，在基于dues分配结果构建优化问题时，首先基于dues分配结果构建第一优化问题，第一优化问题表示如下：其中，rk表示第k个dues的传输速率，rm表示第m个cue的传输速率；由于上述的第一优化问题依然是一个非凸非线性的优化问题，并不能直接得到其最优解，由此，进一步的，本实施例定义将第一优化问题进行重写，得到第二优化问题，第二优化问题表示如下：其中，以及，上述第二优化问题是一个特殊的d.c.(differenceofconvexfunctions)结构的优化问题，更进一步地，本实施例可以采用fw编程方法对第二优化问题进行变换，得到第三优化问题，第三优化问题表示如下：其中，{p(k)}为使用fw编程方法迭代得出的改进可行解序列；通过给定一个初始值p(0)，通过求解该凸优化问题得到改进可行解序列进行迭代。由于第一优化问题中关联于cue传输速率rm的约束条件并非线性的，从而本实施例中可以将第三优化问题中的约束条件进行线性转化，由此所有的约束条件均为凸集，并引入虚拟变量，然后基于虚拟变量将第三优化问题进行变换，得到第四优化问题，第四优化问题表示如下：目标函数的变量由{p}增加到{{τ}∪{p}}，定义p＝[τ；p]t，ei＝[01×(i-1),1,01×(k+m-i)]t以及ai＝[11×(i-1),0,11×(k+m-i)]t，可以对第四优化问题进行标准形式转化，得到标准形式的不等式约束的凸优化问题，完成本实施例的优化问题的构建。步骤203、对优化问题进行迭代求解，得到所有可能的m*m个cue-dues对的资源分配结果集合；其中，每对cue-dues中的dues复用对应cue的信道。具体的，本实施例中可以使用内点法进行所构建的优化问题的求解。也即先引入对数障碍函数将原始限制问题转化为无约束限制问题，然后使用拟牛顿法得到搜索方向，最后再通过线性回馈搜索armijo规则得到最优步长。本实施例中在每次求解之后，基于上一次的求解结果继续进行迭代运算来继续求解，直至满足预设的迭代条件时，结束迭代，将最终所得到的求解结果进行输出。步骤204、对资源分配结果集合进行匹配处理，得到最优的m个cue-dues对的资源分配结果。具体的，在本实施例中，可以采用匈牙利算法(hungarianmethod)对上述m*m个资源分配结果进行筛选，最终输出m个最优资源分配结果，来确保due用户的传输公平性。根据本发明实施例提供的车载通信资源分配方法，首先将k个dues在m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果；然后基于dues分配结果构建优化问题；再对优化问题进行迭代求解，得到所有可能的m*m个cue-dues对的资源分配结果集合；最后对资源分配结果集合进行匹配处理，得到最优的m个cue-dues对的资源分配结果。通过本发明的实施，在完成v2v对聚类之后，再对基于聚类结果所构建的优化问题进行求解，得到最大化最小v2v对频谱效率时的最优功率分配，算法具有较快的收敛速度，可有效降低车载通信时的同频干扰，并能达到较好的系统性能，提高了due的传输公平性。第二实施例：为了解决相关技术中车载通信时的同频干扰较大，系统性能不佳的技术问题，本实施例示出了一种车载通信资源分配装置，应用于包括基站、m个使用v2i链路的车辆用户cue以及k个使用v2v链路的车辆用户对dues(也即due对)的通信系统，其中，m、k取正整数值，且k＞m，具体请参见图4，本实施例的车载通信资源分配装置包括：分配模块41，用于将k个dues在m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果；其中，每个集群对应一个cue；构建模块42，用于基于dues分配结果构建优化问题；优化问题表示如下：其中，p1为优化目标，c1、c2、c3和c4均为约束条件，表示第m个cue到基站的发射功率，hm,b表示cue与基站之间的传输信道，σ2表示cue的复高斯白噪声功率。表示第k个dues中发射机的发射功率，hk,b表示第k个dues中发射机与基站之间的干扰信道，分别表示cue以及dues中发射机的最大发射功率，表示cue的最小传输速率，{p(k)}表示改进可行解序列，fm表示联盟中的第m个集群，τ表示虚拟变量，并且，p＝[τ；p]t，ai＝[11×(i-1),0,11×(k+m-i)]t，ei＝[01×(i-1),1,01×(k+m-i)]t；求解模块43，用于对优化问题进行迭代求解，得到所有可能的m*m个cue-dues对的资源分配结果集合；其中，每对cue-dues中的dues复用对应cue的信道；匹配模块44，用于对资源分配结果集合进行匹配处理，得到最优的m个cue-dues对的资源分配结果。如图5所示为本实施例提供的分配模块的结构示意图，在本实施例的一些实施方式中，分配模块41包括：选择子模块411，用于从k个dues中随机选择一个dues，并获取所选择的dues所处的集群fc，其中，联盟中包括m个集群；判断子模块412，用于随机选择另一个集群fc'，并判断所选择的dues是否违背预设的偏好规则，其中，偏好规则用于指示所选择的dues偏好于本身所处的集群fc；交换子模块413，用于在i违背预设的偏好规则时，将i从集群fc交换至集群fci，并对联盟进行更新；迭代子模块414，用于返回选择子模块进行迭代操作；输出子模块415，用于在满足预设的算法迭代终止条件时，输出最终的dues分配结果。进一步地，在本实施例的一些实施方式中，偏好规则为：所选择的dues在集群fc中所得的联盟总收益大于在集群fc中所得的联盟总收益。其中，联盟总收益表示为：所选择的dues在联盟博弈中的个体收益表示为：式中，i表示所选择的dues，hi',i表示第i’个dues的发射机到第i个dues的接收机的传输信道。进一步地，在本实施例的一些实施方式中，算法迭代终止条件为：所选择的dues满足偏好规则的累积次数达到k的预设倍数。其中，联盟总收益表示为：所选择的dues在联盟博弈中的个体收益表示为：式中，i表示所选择的dues，hi',i表示第i’个dues的发射机到第i个dues的接收机的传输信道。则偏好规则定义可以表示为：如图6所示为本实施例提供的构建模块的结构示意图，在本实施例的一些实施方式中，构建模块42包括：构建子模块421，用于基于dues分配结果构建第一优化问题，第一优化问题表示如下：其中，rk表示第k个dues的传输速率，rm表示第m个cue的传输速率；重写子模块422，用于定义将第一优化问题进行重写，得到第二优化问题，第二优化问题表示如下：其中，以及，第一变换子模块423，用于采用fw编程方法对第二优化问题进行变换，得到第三优化问题，第三优化问题表示如下：其中，{p(k)}为改进可行解序列；第二变换子模块424，用于将第三优化问题中的约束条件进行线性转化，并引入虚拟变量，然后基于虚拟变量将第三优化问题进行变换，得到第四优化问题，第四优化问题表示如下：转换子模块425，用于定义p＝[τ；p]t，ei＝[01×(i-1),1,01×(k+m-i)]t以及ai＝[11×(i-1),0,11×(k+m-i)]t，对第四优化问题进行标准形式转化，得到构建完成的优化问题。应当说明的是，前述实施例中的车载通信资源分配方法均可基于本实施例提供的车载通信资源分配装置实现，所属领域的普通技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，本实施例中所描述的车载通信资源分配装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。采用本实施例提供的车载通信资源分配装置，首先将k个dues在m个集群所组成的联盟中进行分配，得到dues分配结果；然后基于dues分配结果构建优化问题；再对优化问题进行迭代求解，得到所有可能的m*m个cue-dues对的资源分配结果集合；最后对资源分配结果集合进行匹配处理，得到最优的m个cue-dues对的资源分配结果。通过本发明的实施，在完成v2v对聚类之后，再对基于聚类结果所构建的优化问题进行求解，得到最大化最小v2v对频谱效率时的最优功率分配，可有效降低车载通信时的同频干扰，并能达到较好的系统性能。第三实施例：本实施例提供了一种电子装置，参见图7所示，其包括处理器701、存储器702及通信总线703，其中：通信总线703用于实现处理器701和存储器702之间的连接通信；处理器701用于执行存储器702中存储的一个或者多个计算机程序，以实现上述实施例一中的车载通信资源分配方法中的至少一个步骤。本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于ram(randomaccessmemory，随机存取存储器),rom(read-onlymemory，只读存储器),eeprom(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他存储器技术、cd-rom(compactdiscread-onlymemory，光盘只读存储器)，数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。本实施例中的计算机可读存储介质可用于存储一个或者多个计算机程序，其存储的一个或者多个计算机程序可被处理器执行，以实现上述实施例一中的方法的至少一个步骤。本实施例还提供了一种计算机程序，该计算机程序可以分布在计算机可读介质上，由可计算装置来执行，以实现上述实施例一中的方法的至少一个步骤；并且在某些情况下，可以采用不同于上述实施例所描述的顺序执行所示出或描述的至少一个步骤。本实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读装置，该计算机可读装置上存储有如上所示的计算机程序。本实施例中该计算机可读装置可包括如上所示的计算机可读存储介质。可见，本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的计算机程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
：的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12当前第1页12